引言
變壓器油在變壓器運(yùn)行中起著絕緣和散熱的雙重作用。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，變壓器油會(huì)受到氧化、污染等因素影響，導(dǎo)致其性能下降。介質(zhì)損耗因素（tanδ）能夠敏感地反映變壓器油的污染和老化程度，準(zhǔn)確測量這一參數(shù)對(duì)于判斷變壓器油是否適合繼續(xù)使用、保障變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。
測量原理
當(dāng)對(duì)變壓器油施加交流電壓時(shí)，由于油中存在電導(dǎo)和極化現(xiàn)象，會(huì)產(chǎn)生能量損耗。介質(zhì)損耗因數(shù)（tanδ）定義為在交流電場作用下，變壓器油所消耗的有功功率與無功功率的比值的正切值。其物理意義是衡量電介質(zhì)在交變電場中能量損耗的程度。數(shù)學(xué)表達(dá)式為：tanδ = P / Q，其中 P 為有功功率，Q 為無功功率。從微觀角度看，變壓器油中的雜質(zhì)、水分以及老化產(chǎn)物等會(huì)增加油中的離子濃度和極化程度，使得電流相量與電壓相量之間的夾角（功率因數(shù)角）的余角 δ 增大，從而導(dǎo)致 tanδ 值增大。
測量儀器
西林電橋
西林電橋是一種經(jīng)典的測量介質(zhì)損耗因數(shù)的儀器，適用于低頻（如工頻 50Hz 或 60Hz）下測量。其工作原理基于電橋平衡原理，通過調(diào)節(jié)電橋臂上的電阻和電容，使電橋達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)電橋?qū)蔷€上的電流為零。根據(jù)平衡時(shí)電橋臂的參數(shù)值，可以計(jì)算出被試變壓器油的電容值和介質(zhì)損耗因數(shù)。西林電橋具有較高的精度，能夠測量低損耗材料，對(duì)于變壓器油這種介質(zhì)損耗因數(shù)較小的物質(zhì)，能達(dá)到較高的測量準(zhǔn)確度，如 tanδ 測量精度可達(dá) ±0.0001。
數(shù)字式自動(dòng)介損儀
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字式自動(dòng)介損儀在實(shí)際測量中得到廣泛應(yīng)用。這類儀器集成了微處理器、高精度 A/D 轉(zhuǎn)換器等先進(jìn)技術(shù)。其工作過程為：首先對(duì)被試變壓器油施加穩(wěn)定的交流電壓，通過傳感器采集油樣兩端的電壓信號(hào)和流過油樣的電流信號(hào)，將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后送入微處理器進(jìn)行分析處理。微處理器根據(jù)內(nèi)置的算法，快速準(zhǔn)確地計(jì)算出介質(zhì)損耗因數(shù)和電容值等參數(shù)，并直接在顯示屏上顯示測量結(jié)果。數(shù)字式自動(dòng)介損儀操作簡便，測量速度快，能夠自動(dòng)完成測量過程中的各種參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)處理，大大提高了工作效率。
電極杯
電極杯是放置變壓器油樣進(jìn)行測量的關(guān)鍵部件。常見的電極杯有單圓筒式、雙圓筒式及三接線柱電極式，其中單圓筒式應(yīng)用較為廣泛。單圓筒式電極杯由外電極（高壓電極）、內(nèi)電極（測量電極）和屏蔽電極三部分組成。屏蔽電極的作用是減少外界干擾對(duì)測量結(jié)果的影響，保證測量的準(zhǔn)確性。在進(jìn)行精密測量時(shí)，通常采用三端電極杯，其保護(hù)電極能有效屏蔽測量電極，使測量結(jié)果更加可靠。電極杯在使用前需進(jìn)行嚴(yán)格的清洗和烘干處理，以確保電極表面潔凈，無雜質(zhì)和水分殘留，洗凈烘干后的空杯損耗因數(shù)應(yīng)接近零。
測量準(zhǔn)備
儀器校準(zhǔn)
在進(jìn)行變壓器油介質(zhì)損耗因素測量前，必須對(duì)測量儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。對(duì)于西林電橋，需要使用標(biāo)準(zhǔn)電容器、標(biāo)準(zhǔn)電阻等標(biāo)準(zhǔn)器具，按照儀器說明書的要求進(jìn)行校準(zhǔn)操作，調(diào)整電橋的零點(diǎn)和靈敏度等參數(shù)，確保電橋在測量過程中的準(zhǔn)確性。數(shù)字式自動(dòng)介損儀一般具有自動(dòng)校準(zhǔn)功能，可通過內(nèi)置的校準(zhǔn)程序，使用儀器自帶的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源進(jìn)行校準(zhǔn)，也可外接高精度的標(biāo)準(zhǔn)電容和標(biāo)準(zhǔn)電阻進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)完成后，儀器應(yīng)能準(zhǔn)確測量已知標(biāo)準(zhǔn)值的樣品，誤差在允許范圍內(nèi)，方可用于實(shí)際測量。
油樣采集與處理
油樣采集應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，如 GB 7597 規(guī)定的方法。采集時(shí)要確保油樣具有代表性，避免采集到受污染或異常部位的油樣。通常在變壓器的取樣閥處進(jìn)行采樣，采樣前需將取樣閥周圍清洗干凈，防止雜質(zhì)混入油樣。采集的油樣應(yīng)裝入清潔、干燥且密封良好的容器中，避免油樣與空氣長時(shí)間接觸，防止氧化和吸收水分。如果油樣中存在氣泡，會(huì)對(duì)測量結(jié)果產(chǎn)生較大影響，因此在測量前需要對(duì)油樣進(jìn)行處理，可將油樣靜置一段時(shí)間，讓氣泡自然逸出，或者采用真空脫氣等方法去除氣泡。
電極杯清洗與檢查
電極杯的清洗和檢查是確保測量準(zhǔn)確性的重要環(huán)節(jié)。首先，將電極杯完全拆卸，先用丙酮等有機(jī)溶劑清洗電極杯的各個(gè)部件，去除表面的油污和雜質(zhì)。然后用洗滌劑進(jìn)行徹底清洗，再用蒸餾水沖洗幾遍，以去除殘留的有機(jī)溶劑和洗滌劑。清洗后的電極杯放入蒸餾水中煮沸 1 小時(shí)，進(jìn)一步去除可能殘留的雜質(zhì)。最后將電極杯放在鼓風(fēng)干燥箱里，在 105 - 110℃的溫度下干燥 1 - 2 小時(shí)。干燥后的電極杯重新裝配，測量空杯介損，其值應(yīng)接近零，同時(shí)檢查電容量是否在規(guī)定值范圍內(nèi)，只有滿足這些條件，電極杯才能用于油樣測量。
測量步驟
空杯測量
將清洗并干燥后的電極杯接入測量儀器（如西林電橋或數(shù)字式自動(dòng)介損儀），在測量溫度（一般為 90℃）下測量空杯的介質(zhì)損耗因數(shù)和電容量。空杯的介質(zhì)損耗因數(shù)值不得大于 1x10??（即 tgδ≤0.01%），空杯電容與上一次相比不應(yīng)有明顯變化。若空杯測量結(jié)果不符合要求，說明電極杯可能未清洗干凈或存在損壞，需要重新清洗或更換電極杯，直至空杯測量合格。
油樣注入
用被試油樣沖洗電極杯兩次以上，以確保電極杯內(nèi)殘留的雜質(zhì)被完全清除。然后緩慢將油樣注入電極杯至規(guī)定量（一般為 40mL - 45mL），注入過程中要避免產(chǎn)生氣泡。注入油樣后，將電極杯靜置 10 - 15 分鐘，使油中的氣泡充分逸出，同時(shí)讓油樣溫度與測量環(huán)境溫度達(dá)到平衡。
溫度控制與測量
測量過程中，需要將油樣溫度控制在規(guī)定值。一般變壓器油介質(zhì)損耗因素測量的溫度為 90℃，通過恒溫加熱裝置（如內(nèi)置的加熱模塊或外接的恒溫槽）對(duì)油樣進(jìn)行加熱。恒溫加熱裝置應(yīng)能保持溫度在規(guī)定值 ±0.5℃以內(nèi)。當(dāng)油樣溫度達(dá)到 90℃且穩(wěn)定后，開始進(jìn)行介質(zhì)損耗因數(shù)測量。若使用西林電橋，調(diào)節(jié)電橋臂上的電阻和電容，使電橋達(dá)到平衡狀態(tài)，從電橋測量盤上讀取電容量和介質(zhì)損耗因數(shù)值；若使用數(shù)字式自動(dòng)介損儀，設(shè)置好測量參數(shù)（如測量溫度、電壓等）后，按下 “開始” 鍵，儀器自動(dòng)完成測量過程，并顯示測量結(jié)果。
重復(fù)測量
為了保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要對(duì)同一油樣進(jìn)行多次測量。測量完后立即倒出第一份試樣，并將第二份試樣注入電極杯進(jìn)行測量。兩次讀數(shù)之間的差別不應(yīng)大于 0.0001（加上兩個(gè)值中較大一個(gè)的 25%）。如果不能滿足上述重復(fù)性要求，繼續(xù)對(duì)試樣進(jìn)行測量，直到相鄰兩次讀數(shù)之差不超過 0.0001 加兩個(gè)值中較大一個(gè)的 25% 為止，此時(shí)測得的結(jié)果才認(rèn)為有效。重復(fù)測量可以在同樣型式的另一電極杯中進(jìn)行，但其重復(fù)性也必須符合上述要求。取兩次有效測量中較小的一個(gè)值作為油樣的介質(zhì)損耗因數(shù)。
影響測量結(jié)果的因素及解決方法
溫度影響
溫度對(duì)變壓器油的介質(zhì)損耗因數(shù)有顯著影響，隨著溫度升高，油的電導(dǎo)增大，泄漏電流增加，介質(zhì)損耗因數(shù)也隨之增大。為了減小溫度對(duì)測量結(jié)果的影響，測量過程中必須嚴(yán)格控制油樣溫度在規(guī)定值 ±0.5℃以內(nèi)。同時(shí)，在不同溫度下測量的介質(zhì)損耗因數(shù)應(yīng)換算到同一溫度下進(jìn)行比較，一般換算至 20℃基準(zhǔn)溫度。對(duì)于油浸式變壓器，其 tanδ 溫度系數(shù)約為 0.1% - 0.3%/℃，可按標(biāo)準(zhǔn)公式進(jìn)行換算。在實(shí)際測量中，應(yīng)盡量在 10 - 30℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行測量，以減少溫度換算帶來的誤差。
電場干擾
現(xiàn)場測量時(shí)，周圍的電場干擾會(huì)對(duì)測量結(jié)果產(chǎn)生較大影響，導(dǎo)致測量值不準(zhǔn)確。為了消除電場干擾，可以采取以下措施：使用屏蔽線連接測量儀器和電極杯，將屏蔽層接地，以屏蔽外界電場干擾；合理布置測量儀器和電極杯的位置，盡量遠(yuǎn)離強(qiáng)電場源；在測量儀器上設(shè)置抗干擾功能，如采用數(shù)字濾波、鎖相放大等技術(shù)，提高儀器對(duì)干擾信號(hào)的抑制能力。
水分和雜質(zhì)
變壓器油中的水分和雜質(zhì)會(huì)增加油的電導(dǎo)和極化程度，使介質(zhì)損耗因數(shù)增大。為了避免水分和雜質(zhì)對(duì)測量結(jié)果的影響，在油樣采集、運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中，要嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，確保油樣不受污染。在測量前，對(duì)油樣進(jìn)行過濾處理，去除其中的雜質(zhì)；采用真空干燥等方法去除油樣中的水分。此外，定期對(duì)測量儀器和電極杯進(jìn)行清洗和維護(hù)，防止儀器內(nèi)部和電極杯表面殘留雜質(zhì)和水分，影響測量結(jié)果。
測量結(jié)果分析與判斷
根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，不同電壓等級(jí)的變壓器對(duì)變壓器油介質(zhì)損耗因數(shù)有不同的要求。例如，對(duì)于 330kV 級(jí)及以下產(chǎn)品，變壓器油介質(zhì)損耗因數(shù)（90℃）規(guī)定值應(yīng)小于 0.010；500kV 級(jí)產(chǎn)品，應(yīng)小于 0.007。新設(shè)備的變壓器油介質(zhì)損耗因數(shù)一般要求更低，如油浸式變壓器（20℃）tanδ ≤ 0.5%（新設(shè)備）。運(yùn)行中的變壓器油，若 tanδ 值超過規(guī)定范圍，說明變壓器油可能存在老化、污染或受潮等問題。當(dāng)常溫下測得的 tanδ 較大，在高溫下 tanδ 又明顯增加，則更應(yīng)認(rèn)為絕緣存在缺陷。此時(shí)，需要結(jié)合其他電氣和化學(xué)試驗(yàn)結(jié)果，綜合判斷變壓器油是否需要進(jìn)行處理或更換，以確保變壓器的安全運(yùn)行。
準(zhǔn)確測量變壓器油的介質(zhì)損耗因素對(duì)于評(píng)估變壓器油的質(zhì)量和保障變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。通過了解測量原理，正確選擇和使用測量儀器，嚴(yán)格按照測量步驟進(jìn)行操作，并充分考慮和消除影響測量結(jié)果的各種因素，能夠得到可靠的測量數(shù)據(jù)。對(duì)測量結(jié)果進(jìn)行科學(xué)分析和判斷，可為變壓器油的維護(hù)和管理提供有力依據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問題，采取相應(yīng)措施，有效延長變壓器的使用壽命，確保電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。在實(shí)際工作中，應(yīng)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高測量技術(shù)水平，以更好地服務(wù)于電力生產(chǎn)。
